KR102519110B1 - 기판 적재대, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

처리 용기 내에서 기판을 처리할 때에, 상기 기판을 적재하여 온도 조절하는 기판 적재대이며, 간극을 개재하여 복수의 온도 조절 에어리어로 에어리어 분할된 금속제 제1 플레이트와, 상기 제1 플레이트에 접하여, 상기 제1 플레이트보다도 낮은 열전도율을 갖는 금속제 제2 플레이트를 갖고, 각각의 상기 온도 조절 에어리어는, 고유의 온도 조절을 행하는 온도 조절부를 내장하고 있고, 상기 기판을 적재하는 상면을 갖는 상기 제1 플레이트가, 상기 제2 플레이트의 상면에 적재되어 있다.

Description

기판 적재대, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{SUBSTRATE PLACING TABLE, SUBSTRATE TREATMENT APPARATUS, AND SUBSTRATE TREATMENT METHOD}
본 개시는, 기판 적재대, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 금속제 기재와, 기판을 흡착하는 정전 척을 갖고, 기재의 적어도 정전 척과 접촉하는 부분이, 마르텐사이트계 스테인리스강 또는 페라이트계 스테인리스강에 의해 구성되어 있는 기판 적재대가 개시되어 있다. 특허문헌 1에 개시된 기판 적재대와 이 기판 적재대를 구비한 기판 처리 장치에 의하면, 기재와 정전 척의 열팽창 차에 기인하는 정전 척의 파손을 방지할 수 있다.
일본 특허 공개 제2017-147278호 공보
본 개시는, 플랫 패널 디스플레이(Flat Panel Display, 이하, 「FPD」라고 함)의 제조 과정에 있어서 FPD용 기판에 대하여 에칭 처리 등을 행함에 있어서, 면내 균일성이 높은 처리를 행하는 데 유리한 기판 적재대 및 기판 처리 장치를 제공한다.
본 개시의 일 형태에 의한 기판 적재대는,
처리 용기 내에서 기판을 처리할 때에, 상기 기판을 적재하여 온도 조절하는 기판 적재대이며,
간극을 개재하여 복수의 온도 조절 에어리어로 에어리어 분할된 금속제 제1 플레이트와,
상기 제1 플레이트에 접하며, 상기 제1 플레이트보다도 낮은 열전도율을 갖는 금속제 제2 플레이트를 갖고,
각각의 상기 온도 조절 에어리어는, 고유의 온도 조절을 행하는 온도 조절부를 내장하고 있고,
상기 기판을 적재하는 상면을 갖는 상기 제1 플레이트가, 상기 제2 플레이트의 상면에 적재되어 있다.
본 개시에 의하면, FPD용 기판에 대하여 에칭 처리 등을 행하는 것에 있어서, 면내 균일성이 높은 처리를 행하는 기판 적재대, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공할 수 있다.
도 1은, 실시 형태에 따른 기판 적재대, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는, 도 1의 II-II 화살표도이며, 제1 플레이트의 횡단면도이다.
도 3a는, 제1 플레이트의 일례를 모의한 평면도이다.
도 3b는, 제1 플레이트의 다른 예를 모의한 평면도이다.
도 3c는, 제1 플레이트의 또 다른 예를 모의한 평면도이다.
도 3d는, 제1 플레이트의 또 다른 예를 모의한 평면도이다.
도 3e는, 제1 플레이트의 또 다른 예를 모의한 평면도이다.
도 4a는, 온도 해석에서 사용한 기판 적재대 모델의 일례의 측면도이다.
도 4b는, 온도 해석에서 사용한 기판 적재대 모델의 다른 예의 측면도이다.
도 4c는, 도 4a, 도 4b의 C-C 화살표도이며, 온도 조정판 모델의 횡단면도이고, 해석 온도 특정 개소를 도시하는 도이다.
도 5a는, 방전 횟수와 전극 온도의 상관 그래프를 도시하는 도면이다.
도 5b는, 도 5a의 B부를 확대한 도이다.
도 6은, 에칭 레이트 및 선택비를 검증하는 실험에 있어서 적용한 기판 적재대의 평면도를 모의한 도이다.
도 7은, SiN막의 에칭 레이트의 온도 의존성에 관한 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은, SiO막의 에칭 레이트의 온도 의존성에 관한 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는, Si막의 에칭 레이트의 온도 의존성에 관한 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은, SiO/Si 선택비의 온도 의존성에 관한 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 개시의 실시 형태에 따른 기판 적재대, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 대해서, 첨부의 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다.
[실시 형태]
<기판 적재대, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법>
처음에, 본 개시의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치와 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 구성하는 기판 적재대의 일례에 대해서, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다. 여기서, 도 1은, 실시 형태에 따른 기판 적재대와 기판 처리 장치의 일례를 도시하는 단면도이다. 또한, 도 2는, 도 1의 II-II 화살표도이며, 제1 플레이트의 횡단면도이다.
도 1에 도시하는 기판 처리 장치(100)는, FPD용의, 평면으로 보아 직사각형의 기판(이하, 단순히 「기판」이라고 함) G에 대하여, 각종 기판 처리 방법을 실행하는 유도 결합형 플라스마(Inductive Coupled Plasma: ICP) 처리 장치이다. 기판의 재료로서는, 주로 유리가 사용되고, 용도에 따라서는 투명한 합성 수지 등이 사용되는 경우도 있다. 여기서, 기판 처리에는, 에칭 처리나, CVD(Chemical Vapor Deposition)법을 사용한 성막 처리 등이 포함된다. FPD로서는, 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display: LCD)나 일렉트로 루미네센스(Electro Luminescence: EL), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel; PDP) 등이 예시된다. 또한, FPD용 기판의 평면 치수는 세대의 추이와 함께 대규모화되고 있고, 기판 처리 장치(100)에 의해 처리되는 기판 G의 평면 치수는, 예를 들어 제6 세대의 1500mm×1800mm 정도의 치수로부터, 제10 세대의 2800mm×3000mm 정도의 치수까지를 적어도 포함한다. 또한, 기판 G의 두께는 0.5mm 내지 몇mm 정도이다.
도 1에 도시하는 기판 처리 장치(100)는, 직육면체 모양의 상자형 처리 용기(10)와, 처리 용기(10) 내에 배치되어서 기판 G가 적재되는 평면으로 보아 직사각형의 외형 기판 적재대(60)와, 제어부(90)를 갖는다.
처리 용기(10)는 유전체판(11)에 의해 상하 두 공간으로 구획되어 있고, 상측 공간은 안테나 실을 형성하는 안테나 용기(12)로 되고, 하방 공간은 처리실을 형성하는 챔버(13)로 된다. 처리 용기(10)에 있어서, 챔버(13)와 안테나 용기(12)의 경계로 되는 위치에는 직사각형 환형 지지 프레임(14)이 처리 용기(10)의 내측에 돌출 설치되도록 하여 배치되어 있고, 지지 프레임(14)에 유전체판(11)이 적재되어 있다. 처리 용기(10)는, 접지선(13c)에 의해 접지되어 있다.
처리 용기(10)는 알루미늄 등의 금속에 의해 형성되어 있고, 유전체판(11)은 알루미나(Al2O3) 등의 세라믹스나 석영에 의해 형성되어 있다.
챔버(13)의 측벽(13a)에는, 챔버(13)에 대하여 기판 G를 반출입하기 위한 반출입구(13b)가 개설되어 있고, 반출입구(13b)는 게이트 밸브(20)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 챔버(13)에는 반송 기구를 내포하는 반송실(모두 도시하지 않음)이 인접하고 있어, 게이트 밸브(20)를 개폐 제어하고, 반송 기구로 반출입구(13b)를 통해 기판 G의 반출입이 행하여진다.
또한, 챔버(13)의 저부에는 복수의 배기구(13d)가 개설되어 있고, 배기구(13d)에는 가스 배기관(51)이 접속되고, 가스 배기관(51)은 개폐 밸브(52)를 통해 배기 장치(53)에 접속되어 있다. 가스 배기관(51), 개폐 밸브(52) 및 배기 장치(53)에 의해, 가스 배기부(50)가 형성된다. 배기 장치(53)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 갖고, 프로세스 중에 챔버(13) 내를 소정의 진공도까지 진공화 가능하게 되어 있다. 또한, 챔버(13)의 적소에 압력계(도시하지 않음)가 설치되어 있고, 압력계에 의한 모니터 정보가 제어부(90)에 송신되도록 되어 있다.
유전체판(11)의 하면에 있어서, 유전체판(11)을 지지하기 위한 지지 빔이 마련되어 있고, 지지 빔은 샤워 헤드(30)를 겸하고 있다. 샤워 헤드(30)는, 알루미늄 등의 금속에 의해 형성되어 있고, 양극 산화에 의한 표면 처리가 실시되어 있어도 된다. 샤워 헤드(30) 내에는, 수평 방향으로 연장하는 가스 유로(31)가 형성되어 있고, 가스 유로(31)에는, 하방으로 연장 설치하여 샤워 헤드(30) 하방에 있는 처리 공간 S에 면하는 가스 토출 구멍(32)이 연통되어 있다.
샤워 헤드(30)의 상면에는 가스 유로(31)에 연통하는 가스 공급관(41)이 접속되어 있고, 처리 가스 공급원(44)에 접속되어 있다. 가스 공급관(41)의 도중 위치에는 개폐 밸브(42)와 매스 플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(43)가 개재되어 있다. 가스 공급관(41), 개폐 밸브(42), 유량 제어기(43) 및 처리 가스 공급원(44)에 의해, 처리 가스 공급부(40)가 형성된다. 또한, 가스 공급관(41)은 도중에 분기되어 있고, 각 분기관에는 개폐 밸브와 유량 제어기 및 처리 가스종에 따른 처리 가스 공급원이 연통되어 있다(도시하지 않음). 플라스마 처리에 있어서는, 처리 가스 공급부(40)로부터 공급되는 처리 가스가 가스 공급관(41)을 통해 샤워 헤드(30)에 공급되고, 가스 토출 구멍(32)을 통해 처리 공간 S에 토출된다.
안테나 용기(12) 내에는, 고주파 안테나(15)가 배치되어 있다. 고주파 안테나(15)는, 구리나 알루미늄 등의 양호 도전성의 금속으로 형성되는 안테나 선(15a)을, 환형 또는 와권형으로 감아 장착함으로써 형성된다. 예를 들어, 환형 안테나 선(15a)을 다중으로 배치해도 된다.
안테나 선(15a)의 단자에는 안테나 용기(12)의 상방에 연장 설치하는 급전 부재(16)가 접속되어 있고, 급전 부재(16)의 상단에는 급전선(17)이 접속되고, 급전선(17)은 임피던스 정합을 행하는 정합기(18)를 통해 고주파 전원(19)에 접속되어 있다. 고주파 안테나(15)에 대하여 고주파 전원(19)으로부터 예를 들어 13.56MHz의 고주파 전력이 인가됨으로써, 챔버(13) 내에 유도 전계가 형성된다. 이 유도 전계에 의해, 샤워 헤드(30)로부터 처리 공간 S에 공급된 처리 가스가 플라스마화되어서 유도 결합형 플라스마가 생성되고, 플라스마 중의 이온 및 라디칼이 기판 G에 제공된다. 고주파 전원(19)은 플라스마 발생용 소스원이고, 이하에서 상세하게 설명하는 바와 같이 기판 적재대(60)에 접속되어 있는 고주파 전원(73)(전원의 일례)은, 발생한 이온을 끌어 당겨서 운동 에너지를 부여하는 바이어스원으로 된다. 이와 같이, 이온 소스원에는 유도 결합을 이용하여 플라스마를 생성하고, 별도 전원인 바이어스원을 기판 적재대(60)에 접속하여 이온 에너지의 제어를 행함으로써, 플라스마의 생성과 이온 에너지의 제어가 독립하여 행하여져, 프로세스의 자유도를 높일 수 있다. 고주파 전원(19)으로부터 출력되는 고주파 전력의 주파수는, 0.1 내지 500MHz의 범위 내에서 설정되는 것이 바람직하다.
이어서, 기판 적재대(60)에 대하여 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 기판 적재대(60)는, 복수의 온도 조절 에어리어(61a, 61b)에 의해 에어리어 분할된 금속제 제1 플레이트(61)와, 각각의 온도 조절 에어리어(61a, 61b)에 접하는 1매의 금속제 제2 플레이트(63)를 갖는다. 제1 플레이트(61)를 형성하는 각 온도 조절 에어리어(61a, 61b)는 간극(66)을 개재하여 에어리어 분할되어 있고, 간극(66)의 상하 위치에 있어서 각 온도 조절 에어리어(61a, 61b)는 연속되어 있다. 즉, 간극(66)은 제1 플레이트(61)의 내부에 있어서 공동(空洞)을 형성하고 있다. 또한, 제1 플레이트(61)의 하면에 있어서, 제2 플레이트(63)가 접속되어 있다.
제1 플레이트(61)의 평면에서 본 형상은 직사각형이고, 기판 적재대(60)에 적재되는 FPD와 동일 정도의 평면 치수를 갖는다. 예를 들어, 도 2에 도시하는 제1 플레이트(61)는, 적재되는 기판 G와 동일 정도의 평면 치수를 갖고, 긴 변의 길이 t2는 1800mm 내지 3000mm 정도이고, 짧은 변의 길이 t3은 1500mm 내지 2800mm 정도의 치수로 설정할 수 있다. 이 평면 치수에 대하여 제1 플레이트(61)와 제2 플레이트(63)의 두께의 총계는, 예를 들어 50mm 내지 100mm 정도로 될 수 있다.
제1 플레이트(61)의 하방에 배치되는 제2 플레이트(63)는, 제1 플레이트(61)보다도 낮은 열전도율을 갖는 금속제 플레이트이다. 예를 들어, 제1 플레이트(61)는, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성된다. 한편, 제2 플레이트(63)는, 스테인리스강으로 형성된다.
제1 플레이트(61)의 형성 재료인 알루미늄은 열전도율이 높은 금속 재료이고, JIS 규격으로서, A5052, A6061, A1100 등을 들 수 있다. A5052의 열전도율은 138W/m·K이고, A6061의 열전도율은 180W/m·K이고, A1100의 열전도율은 220W/m·K이다.
한편, 제2 플레이트(63)의 형성 재료인 스테인리스강은 열전도율이 낮은 금속 재료이다. 스테인리스강에는, 마르텐사이트계 스테인리스강이나 페라이트계 스테인리스강, 오스테나이트계 스테인리스강이 포함된다.
마르텐사이트계 스테인리스강은, 금속 조직이 주로 마르텐사이트상으로 이루어지고, JIS 규격으로서, SUS403, SUS410, SUS420J1, SUS420J2가 적합하다. 또한, 기타의 마르텐사이트계 스테인리스강으로서, SUS410S, SUS440A, SUS410F2, SUS416, SUS420F2, SUS431 등을 들 수 있다. 마르텐사이트계 스테인리스강의 열전도율에 관하여, SUS403의 열전도율은 25.1W/m·K, SUS410의 열전도율은 24.9W/m·K, SUS420J1의 열전도율은 30W/m·K, SUS440C의 열전도율은 24.3W/m·K이다.
한편, 페라이트계 스테인리스강은, 금속 조직이 주로 페라이트상으로 이루어지고, JIS 규격으로서 SUS430이 적합하다. 또한, 기타의 페라이트계 스테인리스강으로서, SUS405, SUS430LX, SUS430F, SUS443J1, SUS434, SUS444 등을 들 수 있다. 페라이트계 스테인리스강의 열전도율에 관하여, SUS430의 열전도율은 26.4W/m·K이다.
또한, 오스테나이트계 스테인리스강은, 금속 조직이 주로 오스테나이트상으로 이루어지고, JIS 규격으로서, SUS303, SUS304, SUS316이 적합하다. 오스테나이트계 스테인리스강의 열전도율에 관하여, SUS303 및 SUS316의 열전도율은 15W/m·K이고, SUS304의 열전도율은 16.3W/m·K이다.
이와 같이, 알루미늄의 열전도율에 비하여 스테인리스강의 열전도율은 1/5 내지 1/10 정도로 낮은 열전도율을 갖는다.
제1 플레이트(61)와 제2 플레이트(63)의 적층체는, 절연 재료로 이루어지는 직사각형 부재(68) 상에 적재되어 있고, 직사각형 부재(68)는 챔버(13)의 저판 상에 고정되어 있다.
기판 G를 적재하는 제1 플레이트(61)의 상면에는, 기판 G가 직접 적재되는 적재면을 구비한 정전 척(67)이 형성되어 있다. 정전 척(67)은, 알루미나 등의 세라믹스를 용사하여 형성되는 유전체 피막이고, 정전 흡착 기능을 갖는 전극(67a)을 내장한다. 전극(67a)은, 급전선(74)을 통해 직류 전원(75)에 접속되어 있다. 제어부(90)에 의해, 급전선(74)에 개재하는 스위치(도시하지 않음)가 온되면, 직류 전원(75)으로부터 전극(67a)에 직류 전압이 인가됨으로써 쿨롱력이 발생한다. 이 쿨롱력에 의해, 기판 G가 정전 척(67)의 상면에 정전 흡착되어, 제1 플레이트(61)의 상면에 적재된 상태에서 보유 지지된다.
기판 적재대(60)는, 제1 플레이트(61)와 제2 플레이트(63) 및 정전 척(67)에 의해 구성된다. 정전 척(67)의 상면(기판 G의 적재면) 또는 제1 플레이트(61)에는, 열전대(도시하지 않음) 등의 온도 센서가 배치되어, 온도 센서가 정전 척(67)의 상면 또는 제1 플레이트(61) 및 기판 G의 온도를 수시 모니터하게 해도 된다. 기판 적재대(60)에는, 기판 G의 수수를 행하기 위한 복수의 리프터 핀(도시하지 않음)이 기판 적재대(60)의 상면(정전 척(67)의 상면)에 대하여 돌출 함몰 가능하게 마련되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제1 플레이트(61)는, 직사각형 프레임형 간극(66)의 외측에 있는 외측 온도 조절 에어리어(61b)와, 간극(66)의 내측에 있는 내측 온도 조절 에어리어(61a)를 갖고, 간극(66)의 상하에 있어서 외측 온도 조절 에어리어(61b)와 내측 온도 조절 에어리어(61a)는 연속되어 있다.
내측 온도 조절 에어리어(61a)에는, 직사각형 평면의 전체 영역을 커버하도록 사행된 온도 조절 매체 유로(62a)가 마련되어 있다. 도시 예의 온도 조절 매체 유로(62a)에서는, 예를 들어 온도 조절 매체 유로(62a)의 일단(62a1)이 온도 조절 매체의 유입부이고, 타단(62a2)이 온도 조절 매체의 유출부이다.
한편, 외측 온도 조절 에어리어(61b)에는, 직사각형 프레임형 전체 영역을 커버하도록, 온도 조절 매체가 유통하는 왕로와 귀로가 연속되는 온도 조절 매체 유로(62b)가 마련되어 있다. 도시 예의 온도 조절 매체 유로(62b)에서는, 예를 들어 온도 조절 매체 유로(62b)의 일단(62b1)이 온도 조절 매체의 유입부이고, 타단(62b2)이 온도 조절 매체의 유출부이다.
온도 조절 매체로서는 액체 상태의 열매체, 예를 들어 냉매가 적용되고, 이 냉매에는, 가르덴(등록 상표)이나 플루오리너트(등록 상표) 등이 적용된다.
내측 온도 조절 에어리어(61a)가 내장하는 온도 조절 매체 유로(62a)와 외측 온도 조절 에어리어(61b)가 내장하는 온도 조절 매체 유로(62b)는, 모두 「온도 조절부」의 일례이다. 온도 조절부에는, 온도 조절 매체가 유통하는 온도 조절 매체 유로(62a, 62b) 외에, 히터 등도 포함된다. 보다 구체적으로는, 내측 온도 조절 에어리어(61a)와 외측 온도 조절 에어리어(61b)의 쌍방이, 온도 조절부로서, 온도 조절 매체 유로만을 갖는 도시 예의 형태 외에, 히터만을 갖는 형태, 나아가 온도 조절 매체 유로와 히터의 쌍방을 갖는 형태 등이 있다. 또한, 용도에 따라서는, 한쪽이 온도 조절 매체 유로를 갖고 다른 쪽이 히터를 갖는 형태여도 된다. 그리고, 온도 조절부는, 도시 예에 있어서의 칠러(81, 84) 등의 온도 조절원을 포함하고 있지 않고, 어디까지나 기판 적재대(60)를 구성하는 제1 플레이트(61)에 내장되는 온도 조절 부재만을 지칭한다. 또한, 저항체인 히터는, 텅스텐이나 몰리브덴, 또는 이들의 금속의 어느 일종과 알루미나나 티타늄 등의 화합물로 형성된다.
도 1로 되돌아가, 내측 온도 조절 에어리어(61a)에 내장되어 있는 온도 조절 매체 유로(62a)의 양단에는, 온도 조절 매체 유로(62a)에 대하여 온도 조절 매체가 공급되는 송신 배관(64a)과, 온도 조절 매체 유로(62a)를 유통하여 승온된 온도 조절 매체가 배출되는 복귀 배관(64b)이 연통되어 있다. 송신 배관(64a)과 복귀 배관(64b)에는 각각, 송신 유로(82)와 복귀 유로(83)가 연통되어 있고, 송신 유로(82)와 복귀 유로(83)는 칠러(81)에 연통되어 있다. 칠러(81)는, 온도 조절 매체의 온도나 토출 유량을 제어하는 본체부와, 온도 조절 매체를 압송하는 펌프를 갖는다(모두 도시하지 않음).
칠러(81)와, 송신 유로(82) 및 복귀 유로(83)에 의해, 내측 온도 조절 에어리어(61a)에 고유의 온도 조절원(80A)이 형성된다.
한편, 외측 온도 조절 에어리어(61b)에 내장되어 있는 온도 조절 매체 유로(62b)의 양단에는, 온도 조절 매체 유로(62b)에 대하여 온도 조절 매체가 공급되는 송신 배관(64c)과, 온도 조절 매체 유로(62b)를 유통하여 승온된 온도 조절 매체가 배출되는 복귀 배관(64d)이 연통되어 있다. 송신 배관(64c)와 복귀 배관(64d)에는 각각, 송신 유로(85)와 복귀 유로(86)가 연통되어 있고, 송신 유로(85)와 복귀 유로(86)는 칠러(84)에 연통되어 있다. 칠러(84)는, 온도 조절 매체의 온도나 토출 유량을 제어하는 본체부와, 온도 조절 매체를 압송하는 펌프를 갖는다(모두 도시하지 않음).
칠러(84)와, 송신 유로(85) 및 복귀 유로(86)에 의해, 외측 온도 조절 에어리어(61b)에 고유의 온도 조절원(80B)이 형성된다.
기판 적재대(60)는, 내측 온도 조절 에어리어(61a)에 대응하는 중심 에어리어와, 외측 온도 조절 에어리어(61b)에 대응하는 단부 근처 에어리어에 대하여, 각각 상이한 온도의 온도 조절 매체를 공급함으로써, 각 에어리어를 상이한 온도로 온도 조절하는, 에어리어 분할 온도 조절을 행하는 적재대이다. 그 때문에, 내측 온도 조절 에어리어(61a)와 외측 온도 조절 에어리어(61b)는, 각각에 고유의 온도 조절원(80A, 80B)을 갖는다.
또한, 칠러를 공통으로 한 상태에서, 예를 들어 송신 유로(82, 85)에 히터 등의 온도 조절 기구를 마련하고, 각 온도 조절 기구로 온도 조절 매체의 온도를 변화시킨 후에 각 온도 조절 매체 유로(62a, 62b)에 상이한 온도의 온도 조절 매체를 공급하는 형태여도 된다. 또한, 온도 조절부가 히터를 포함하는 경우에는, 히터에 급전선을 거쳐 접속되는 직류 전원(히터 전원)이 온도 조절원에 포함된다.
정전 척(67)의 상면 또는 제1 플레이트(61)에 열전대 등의 온도 센서가 배치 되어 있는 경우, 온도 센서에 의한 모니터 정보는, 제어부(90)에 수시 송신된다. 그리고, 송신된 모니터 정보에 기초하여, 기판 적재대(60)(의 정전 척(67)) 또는 제1 플레이트(61) 및 기판 G의 온도 조절 제어가 제어부(90)에 의해 실행된다. 보다 구체적으로는, 제어부(90)에 의해, 칠러(81, 84)로부터 송신 유로(82, 85)에 공급되는 온도 조절 매체의 온도나 유량이 조정된다. 그리고, 온도 조정이나 유량 조정이 행하여진 온도 조절 매체가 온도 조절 매체 유로(62a, 62b)에 순환됨으로써, 기판 적재대(60)의 중심 에어리어와 단부 근처 에어리어를 각각 고유의 온도로 온도 조절 제어할 수 있다. 정전 척(67)과 기판 G 사이에는, 전열 가스 공급부로부터 공급 유로(모두 도시하지 않음)를 통해, 예를 들어 He 가스 등의 전열 가스가 공급되도록 되어 있다. 정전 척(67)에는 다수의 관통 구멍(도시하지 않음)이 개설되고, 제2 플레이트(63) 등에는 공급 유로(도시하지 않음)가 매설되어 있다. 공급 유로나 관통 구멍을 통해, 정전 척(67)이 갖는 관통 구멍을 통해 기판 G의 하면에 전열 가스를 공급함으로써, 온도 조절 제어되는 기판 적재대(60)의 온도가 전열 가스를 통해 기판 G에 빠르게 열 전달되어, 기판 G의 온도 조절 제어가 행하여진다.
도 1에 도시한 바와 같이, 정전 척(67) 및 제1 플레이트(61)의 외주와, 직사각형 부재(68)의 상면에 의해 단차부가 형성되고, 이 단차부에는, 직사각형 프레임형 포커스 링(69)이 적재되어 있다. 단차부에 포커스 링(69)이 설치된 상태에 있어서, 포커스 링(69)의 상면쪽이 정전 척(67)의 상면보다도 낮아지도록 설정되어 있다. 포커스 링(69)은, 알루미나 등의 세라믹스 또는 석영 등으로 형성된다. 기판 G가 정전 척(67)의 적재면에 적재된 상태에 있어서, 포커스 링(69)의 상단면의 내측 단부는 기판 G의 외주연부에 덮인다.
제2 플레이트(63)에는 관통 구멍(63a)이 개설되어 있고, 급전 부재(70)는, 관통 구멍(63a)을 관통하여 내측 온도 조절 에어리어(61a)의 하면에 접속되어 있다. 급전 부재(70)의 하단에는 급전선(71)이 접속되어 있고, 급전선(71)은 임피던스 정합을 행하는 정합기(72)를 통해 바이어스 전원인 고주파 전원(73)에 접속되어 있다. 즉, 제1 플레이트(61)를 구성하는 내측 온도 조절 에어리어(61a)가 고주파 전원(73)에 대하여 전기적으로 접속되어 있다. 기판 적재대(60)에 대하여 고주파 전원(73)으로부터 예를 들어 13.56MHz의 고주파 전력이 인가됨으로써, 플라스마 발생용 소스원인 고주파 전원(19)에서 생성된 이온을 기판 G에 끌어 당겨서 이온에 이온 에너지를 부여할 수 있다. 에칭 레이트의 이온 에너지 의존성은 에칭 대상막을 구성하는 재료에 따라 상이하고, 따라서, 플라스마 에칭 처리에 있어서는, 에칭 레이트와 에칭 선택비를 모두 높이는 것이 가능해진다. 또한, 제2 플레이트(63)의 하면에 급전 부재(70)가 접속되고, 제2 플레이트(63)를 통해 제1 플레이트(61)에 고주파 전력이 인가되는 형태여도 된다.
이와 같이, 고주파 전원(73)으로부터 급전되어, 온도 조절 제어가 실행되는 제1 플레이트(61)는, 온도 조정판이라고 칭할 수도 있다. 이하, 「온도 조정판」이라고 칭하는 경우에는, 알루미늄 등의 열전도율이 높은 금속에 의해 형성되고, 온도 조절 제어가 실행되는 제1 플레이트(61)를 의미한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 고주파 전원(73)은 내측 온도 조절 에어리어(61a)에만 접속되어 있고, 내측 온도 조절 에어리어(61a)와 외측 온도 조절 에어리어(61b)의 하면에는 예를 들어 스테인리스강으로 이루어지는 제2 플레이트(63)가 접속되어 있다. 제2 플레이트(63)는, 챔버(13)를 구성하는 직사각형 부재(68)에 대하여 온도 조정판인 제1 플레이트(61)를 고정하는 부재이다. 또한, 제2 플레이트(63)에 급전선(71)이 접속되는 경우에는, 도전성이 있는 제2 플레이트(63)를 통해 고주파 전원(73)으로부터의 고주파 전력을 온도 조정판에 제공하는 부재로 된다. 또한, 제2 플레이트(63)는, He 가스 등의 전열 가스를 정전 척(67)의 전체면에 확산시키기 위한 확산 유로(도시하지 않음)를 갖는 부재이다. 이와 같이, 제2 플레이트(63)는, 기판 적재대(60)를 구성하는 구조 부재임과 동시에, 경우에 따라서는 통전 성능을 필요로 하는 부재이다. 이하, 제2 플레이트(63)를 「전열 조정판」이라고 칭하는 경우가 있다.
기판 적재대(60)는, 내측 온도 조절 에어리어(61a)와 외측 온도 조절 에어리어(61b) 각각에 대하여, 예를 들어 상이한 온도의 온도 조절 매체를 유통시킴으로써, 기판 적재대(60)의 중심 에어리어와 단부 근처 에어리어를 개별로 온도 조절 제어하는 적재대이다. 그 때문에, 내측 온도 조절 에어리어(61a)와 외측 온도 조절 에어리어(61b) 사이에 간극(66)을 마련하고, 쌍방을 열적으로 전달하기 어렵게 하고 있다. 예를 들어, 외측 온도 조절 에어리어(61b)에 대하여 내측 온도 조절 에어리어(61a)가 상대적으로 고온으로 제어될 수 있다. 제1 플레이트(61)가 열전도율이 높은 알루미늄으로 형성되어 있는 경우에는, 제1 플레이트(61)가 간극(66)을 가짐으로써, 예를 들어 내측 온도 조절 에어리어(61a)의 전체를 균일한 고온 상태로 할 수 있고, 외측 온도 조절 에어리어(61b)의 전체를 균일한 저온 상태로 할 수 있다. 또한, 간극(66)의 상하 각각에 있어서 내측 온도 조절 에어리어(61a)와 외측 온도 조절 에어리어(61b)는 연속부를 통해 연속되어 있지만, 연속부의 두께는 간극(66) 이외에 있어서의 제1 플레이트(61)의 두께보다도 얇게 구성된다. 그 때문에, 내측 온도 조절 에어리어(61a)와 외측 온도 조절 에어리어(61b) 사이의 열 전달은 최대한 억제할 수 있다. 따라서, 연속부의 재질은 연속부 이외의 재질과 마찬가지로 알루미늄으로 구성되어도 되고, 그 때문에, 간극(66)은 제1 플레이트(61) 내부에 공동으로서 형성되어도 된다.
가령, 내측 온도 조절 에어리어(61a)와 외측 온도 조절 에어리어(61b)에 접속되는 제2 플레이트(63)의 열전도율이 높으면, 각각 상이한 온도에서 온도 조절되던 내측 온도 조절 에어리어(61a)와 외측 온도 조절 에어리어(61b)의 온도 조절 상태가 저해될 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어 상대적으로 고온의 내측 온도 조절 에어리어(61a)로부터 상대적으로 저온의 외측 온도 조절 에어리어(61b)로의 열전도가 촉진되고, 쌍방의 에어리어 온도가 접근되게 되는 작용이 발생할 수 있다. 그래서, 기판 적재대(60)에 있어서는, 제1 플레이트(61)보다도 낮은 열전도율을 갖는 제2 플레이트(63)가 배치된다. 그리고, 제2 플레이트(63)의 열전도율이 낮아짐에 따라서 내측 온도 조절 에어리어(61a)로부터 외측 온도 조절 에어리어(61b)로의 전열 작용이 적어지는 점에서, 제2 플레이트(63)는, 스테인리스강 중에서도 열전도율이 가장 낮은 오스테나이트계 스테인리스강으로 형성되는 것이 바람직하다.
제1 플레이트(61)의 두께는, 예를 들어 25mm 내지 50mm의 범위로 설정할 수 있다. 제1 플레이트(61)를 구성하는 내측 온도 조절 에어리어(61a)와 외측 온도 조절 에어리어(61b)는 각각, 온도 조절 매체 유로(62a, 62b)를 내부에 갖는 점에서, 어느 정도의 두께가 필요해진다. 한편, 내측 온도 조절 에어리어(61a)와 외측 온도 조절 에어리어(61b) 사이의 온도 차를 두기 쉽게 할 수 있다는 관점에서, 제1 플레이트(61)는 가급적 얇은 두께인 것이 바람직하다. 보다 상세하게는, 제1 플레이트(61)에 있어서의 온도 조절 매체 유로(62a, 62b) 사이의 간극(66)부 상하의 두께가 가급적 얇아지도록 제1 플레이트(61) 내에 온도 조절 매체 유로(62a, 62b)가 마련됨으로써, 내측 온도 조절 에어리어(61a)와 외측 온도 조절 에어리어(61b) 사이의 온도 차를 두기 쉽게 할 수 있다.
한편, 제2 플레이트(63)의 두께는, 예를 들어 20mm 내지 45mm의 범위로 설정할 수 있다. 제2 플레이트(63)는, 전열 작용을 적게 하기 위해서는 그 두께를 얇게 할 것이 요망된다. 그러나, FPD용 기판 G과 동일 정도의 평면 치수를 갖고 있는 점에서, 제2 플레이트(63)의 두께가 20mm보다도 얇아지면, 휨에 의한 변형 등, 강성 부족에 기인한 강도상의 문제가 발생할 수 있는 점에서, 제2 플레이트(63)의 두께를 20mm 이상으로 설정하는 것이 좋다. 한편, 기판 적재대의 재료로서 범용성이 높은 스테인리스강은 45mm 정도인 것(재료 비용)과, 전열 작용의 관점에서, 제2 플레이트(63)의 두께를 45mm 이하로 설정하는 것이 좋다.
제어부(90)는, 기판 처리 장치(100)의 각 구성부, 예를 들어 온도 조절원(80A, 80B)을 구성하는 칠러(81, 84)나, 고주파 전원(19, 73), 처리 가스 공급부(40), 압력계로부터 송신되는 모니터 정보에 기초하는 가스 배기부(50) 등의 동작을 제어한다. 제어부(90)는, CPU(Central Processing Unit), ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)을 갖는다. CPU는, RAM 등의 기억 영역에 저장된 레시피(프로세스 레시피)에 따라, 소정의 처리를 실행한다. 레시피에는, 프로세스 조건에 대한 기판 처리 장치(100)의 제어 정보가 설정되어 있다. 제어 정보에는, 예를 들어 가스 유량이나 처리 용기(10) 내의 압력, 처리 용기(10) 내의 온도나 제1 플레이트(61)를 구성하는 내측 온도 조절 에어리어(61a)와 외측 온도 조절 에어리어(61b)의 온도, 프로세스 시간 등이 포함된다. 예를 들어, 내측 온도 조절 에어리어(61a)와 외측 온도 조절 에어리어(61b)의 각각의 온도를 플라스마 에칭 처리 등에 적합한 고유의 온도로 제어하는 처리가 레시피에 포함된다. 여기서, 「플라스마 에칭 처리 등에 적합한 고유의 온도」란, FPD용 광폭 기판 G의 전 범위에 있어서의 절연막이나 전극막 등의 에칭 레이트가 동일 정도로 되고, 면내 균일성이 높은 처리가 행하여지는 데 적합한 에리어별 고유 온도를 가리킨다.
레시피 및 제어부(90)가 적용하는 프로그램은, 예를 들어 하드 디스크나 콤팩트 디스크, 광자기 디스크 등에 기억되어도 된다. 또한, 레시피 등은, CD-ROM, DVD, 메모리 카드 등의 가반성의 컴퓨터에 의한 판독이 가능한 기억 매체에 수용된 상태에서 제어부(90)에 세트되어, 판독되는 형태여도 된다. 제어부(90)는 그 밖에, 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나 마우스 등의 입력 장치, 기판 처리 장치(100)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등의 표시 장치 및 프린터 등의 출력 장치와 같은 유저 인터페이스를 갖고 있다.
기판 처리 장치(100)를 사용한 기판 처리 방법에 의하면, 에리어마다에 고유의 온도 조절 제어가 행해짐으로써, FPD용 광폭 기판 G에 있어서, 면내 균일성이 높은 처리를 실현할 수 있다. 또한, 이하에서 상세하게 설명하는 바와 같이, 온도 조절 제어가 행하여지는 열전도율이 높은 온도 조정판(제1 플레이트(61)) 상에 기판 G가 적재되는 점에서, 양호한 열 응답성(또는 온도 응답성) 하에 플라스마 처리를 실행할 수 있다. 그 때문에, 처리될 기판 G의 매수(바꿔 말하면, 플라스마의 ON-OFF의 실시 횟수)가 적은 단계에서, 온도 조정판의 온도를 안정시키는 것이 가능해진다.
(제1 플레이트의 변형예)
이어서, 복수의 온도 조절 에어리어를 갖는 제1 플레이트의 변형예에 대해서, 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3a 내지 도 3e는, 제1 플레이트의 변형예를 모의한 평면도이다.
도 3a에 도시하는 제1 플레이트(61A)는, 평면으로 보아 직사각형의 금속제 플레이트가 중심으로부터 외주측을 향해서 두 직사각형 프레임형 간극(66)에 의해 세 에어리어로 분할되어, 내측 에어리어(61c), 중간 에어리어(61d) 및 외측 에어리어(61e)를 갖는다. 내측 에어리어(61c), 중간 에어리어(61d) 및 외측 에어리어(61e)는, 각각 고유의 온도 조절 매체 유로나 히터 등의 온도 조절부를 내장하고, 각각의 온도 조절부는 고유의 온도 조절원을 갖는다(모두 도시하지 않음). 예를 들어, 내측 에어리어(61c), 중간 에어리어(61d) 및 외측 에어리어(61e)의 순으로 온도가 낮아지도록 3 에어리어의 온도 조절 제어가 행하여진다.
한편, 도 3b에 도시하는 제1 플레이트(61B)는, 평면으로 보아 직사각형의 금속제 플레이트의 네 코너부가 L형 또는 역 L형 간극(66)에 의해 다섯 에어리어로 분할되고, 중앙 에어리어(61f)와 네 코너 에어리어(61g)를 갖는다. 예를 들어, 코너 에어리어(61g)에 비하여 중앙 에어리어(61f)가 상대적으로 고온으로 되도록 2 에어리어의 온도 조절 제어가 행하여진다.
한편, 도 3c에 도시하는 제1 플레이트(61C)는, 평면으로 보아 직사각형의 금속제 플레이트의 네 단부 변의 중앙 위치가 U자형 또는 역U자형 간극(66)으로 다섯 에어리어로 분할되고, 중앙 에어리어(61h)와 네 단부 변 중앙 에어리어(61j)를 갖는다. 예를 들어, 단부 변 중앙 에어리어(61j)에 비하여 중앙 에어리어(61h)가 상대적으로 고온으로 되도록 2 에어리어의 온도 조절 제어가 행하여진다.
한편, 도 3d에 도시하는 제1 플레이트(61D)는, 평면으로 보아 직사각형의 금속제 플레이트가 격자형 간극(66)으로 9 에어리어로 분할되고, 중앙 에어리어(61k), 모퉁이 에어리어(61m), 변 중앙 에어리어(61n)를 갖는다. 중앙 에어리어(61k), 모퉁이 에어리어(61m) 및 변 중앙 에어리어(61n)는, 각각 고유의 온도 조절 매체 유로나 히터 등의 온도 조절부를 내장하고, 각각의 온도 조절부는 고유의 온도 조절원을 갖는다(모두 도시하지 않음). 예를 들어, 중앙 에어리어(61k), 각 에어리어(61m) 및 변 중앙 에어리어(61n)의 순으로 온도가 낮아지도록 3 에어리어의 온도 조절 제어가 행하여진다. 또한, 변 중앙 에어리어(61n)는, 긴 변에 있어서의 변 중앙 에어리어와 짧은 변에 있어서의 변 중앙 에어리어를 상이한 온도 조절 제어로 해도 된다.
또한, 도 3e에 도시하는 제1 플레이트(61E)는, 평면으로 보아 직사각형의 금속제 플레이트가 중심으로부터 외주측을 향해서 두 직사각형 프레임형 간극(66)에 의해 크게 세 에어리어로 분할된다. 구체적으로는, 내측 에어리어(61p), 중간 에어리어(61q)를 갖고, 추가로, 외측 에어리어는, 네 코너부에 있는 코너 에어리어(61r)와, 네 단부 변 중앙 에어리어(61s, 61t)가 간극(66)에 의해 에어리어 분할된 형태이다. 또한, 네 단부 변 중, 두 긴 변에 있어서의 단부 변 중앙 에어리어를 61s로 하고, 두 짧은 변에 있어서의 단부 변 중앙 에어리어를 61t로 해도 된다. 내측 에어리어(61p), 중간 에어리어(61q), 코너 에어리어(61r), 단부 변 중앙 에어리어(61s, 61t)는, 각각 고유의 온도 조절 매체 유로나 히터 등의 온도 조절부를 내장하고, 각각의 온도 조절부는 고유의 온도 조절원을 갖는다(모두 도시하지 않음).
이 제1 플레이트(61E)에서는, 각 에어리어의 온도 조절 제어의 형태도 복수 존재한다. 제1 플레이트(61E)에 있어서의 제1 온도 제어 형태는, 예를 들어 내측 에어리어(61p), 중간 에어리어(61q), 코너 에어리어(61r), 단부 변 중앙 에어리어(61s, 61t)의 순으로 온도가 낮아지도록 4 에어리어의 온도 조절 제어가 행하여진다. 여기서, 단부 변 중앙 에어리어(61s, 61t)는 동일 온도로 제어된다.
한편, 제1 플레이트(61E)에 있어서의 제2 온도 제어 형태는, 예를 들어 내측 에어리어(61p), 중간 에어리어(61q), 코너 에어리어(61r), 단부 변 중앙 에어리어(61s), 단부 변 중앙 에어리어(61t)의 순서대로 온도가 낮아지도록 5 에어리어의 온도 조절 제어가 행하여진다. 여기서, 단부 변 중앙 에어리어(61s, 61t)는 상이한 온도로 제어된다.
어느 쪽의 변형예에 따른 제1 플레이트에 있어서도, 에리어마다에 고유의 온도 조절 제어가 행해짐으로써, FPD용 광폭 기판 G에 있어서, 면내 균일성이 높은 처리를 실현할 수 있다.
[온도 해석]
이어서, 도 4와 표 1을 참조하여, 온도 해석의 결과를 설명한다. 본 온도 해석에서는, 온도 조절 매체 유로를 갖는 온도 조정판과, 온도 조정판에 접속되는 전열 조정판의 금속종을 변화시키고, 추가로, 온도 조정판과 전열 조정판의 상하 위치를 반전시켜서 4종의 해석 모델을 제작하고, 각 해석 모델에 대하여 온도 해석을 실행하였다. 본 온도 해석에 의해 온도 조정판의 복수 개소에 있어서의 온도를 특정하고, 최고 온도 및 최저 온도의 온도 차를 검증하였다. 여기서, 도 4a와 도 4b는 모두, 온도 해석에서 사용한 기판 적재대 모델의 일례의 측면도이고, 도 4c는, 도 4a 및 도 4b의 C-C 화살표도이며, 온도 조정판 모델의 횡단면도이고, 해석 온도 특정 개소를 도시하는 도면이다.
(해석 개요)
본 발명자들은, 컴퓨터 내에 있어서, 이하, 4종의 해석 모델을 제작하였다. 이하의 해석 모델 1 내지 3은 각각 비교예 1 내지 비교예 3이고, 해석 모델 4는 실시예이다. 또한, 편의상, 상하 어느 것에 배치되든지 상관없이, 온도 조절 매체 유로를 갖는 쪽을 온도 조정판 모델, 갖지 않는 쪽을 전열 조정판 모델로서 표기한다.
<해석 모델 1>
해석 모델 1은, 도 4a에 나타내는 해석 모델 M1이고, 하방에 온도 조정판 모델 Mb를 갖고, 상방에 전열 조정판 모델 Ma를 갖는다. 온도 조정판 모델 Mb는 A5052를 소재로 하여 두께 45mm로 하고, 전열 조정판 모델 Ma는 SUS304를 소재로 하여 두께 25mm로 하였다. 온도 조정판 모델 Mb는, 도 4c에 도시하는 바와 같이, 직사각형 프레임형 간극 G를 통해 내측 온도 조절 에어리어 Mb1과 외측 온도 조절 에어리어 Mb2를 갖는다. 내측 온도 조절 에어리어 Mb1은 온도 조절 매체 유로 모델 Mb11을 갖고, 외측 온도 조절 에어리어 Mb2는 온도 조절 매체 유로 모델 Mb21을 갖는다.
<해석 모델 2>
해석 모델 1과 기본 구성은 마찬가지이지만, 온도 조정판 모델 Mb, 전열 조정판 모델 Ma 모두 A5052를 소재로 하였다.
<해석 모델 3>
해석 모델 3은, 도 4b에 도시하는 해석 모델 M2이고, 상방에 온도 조정판 모델 Mc를 갖고, 하방에 전열 조정판 모델 Md를 갖는다. 온도 조정판 모델 Mc는 A5052를 소재로 하여 두께 25mm로 하고, 전열 조정판 모델 Md는 A5052를 소재로 하여 두께 25mm로 하였다. 온도 조정판 모델 Mc는, 도 4c에 도시하는 바와 같이, 직사각형 프레임형 간극 G를 통해 내측 온도 조절 에어리어 Mc1과 외측 온도 조절 에어리어 Mc2를 갖는다. 내측 온도 조절 에어리어 Mc1은 온도 조절 매체 유로 모델 Mc11을 갖고, 외측 온도 조절 에어리어 Mc2는 온도 조절 매체 유로 모델 Mc21을 갖는다.
<해석 모델 4>
해석 모델 3과 기본 구성은 마찬가지이지만, 온도 조정판 모델 Mc는 A5052를 소재로 하고, 전열 조정판 모델 Md는 SUS304를 소재로 하였다.
본 온도 해석에서는, 온도 조절 매체 유로 모델 Mb11, Mc11에 50℃의 온도 조절 매체를 유통시키고, 온도 조절 매체 유로 모델 Mb21, Mc21에 0℃의 온도 조절 매체를 유통시켰다.
(해석 결과)
도 4c에 있어서의 복수의 해석 온도 특정 개소를 점 O 내지 점 C로 나타낸다. 여기서, 점 O는 해석 모델 M1, M2의 중심점이고, 점 A는 짧은 변의 중앙 위치이고, 점 C는 코너부 위치이고, 점 B는 점 O와 점 C를 연결하는 직선 상의 간극 G에 대응하는 위치이다. 각 해석 모델 모두, 점 O가 최고 온도를 나타내고, 점 C가 최저 온도를 나타내고 있고, 그것들의 차분값을 구하였다. 그 결과를 이하의 표 1에 나타내었다.
Figure 112021147326303-pat00001
표 1에 의해, 최고 온도와 최저 온도의 차분값이 가장 큰 비교예 1과 실시예의 두 경우가 바람직한 에어리어 온도 조절 형태임을 알게 되었다.
그래서, 이어서, 열응답성에 관한 검증을 이하에서 행한다.
[열응답성에 관한 일 고찰]
도 5를 참조하여, 열 응답성에 관한 일 고찰에 대하여 설명한다. 여기서, 도 5a는, 상기 온도 해석에 있어서의 실시예와 비교예 1의 방전 횟수와 전극 온도의 상관 그래프를 도시하는 도면이고, 도 5b는, 도 5a의 B부를 확대한 도이다.
열 응답성(또는 온도 응답성)이란, 전극판의 온도 조절 후, 플라스마 처리가 반복되는 과정에 있어서의 전극판의 온도 안정성을 가리키며, 온도가 안정될 때까지의 시간(또는 방전 횟수)이 짧은(적은) 쪽이 열 응답성이 양호해진다.
기판 처리 매수의 증가, 바꿔 말하면 플라스마의 ON-OFF의 반복 횟수(방전 횟수)에 의해, 온도 조정판의 온도는 점차 상승해 간다. 실시예의 온도 조정판은 열전도율이 높은 알루미늄제인 점에서, 양호한 열응답성 하에서 플라스마 처리를 실행할 수 있다. 그 때문에, 도 5a에 도시하는 바와 같이, 방전 횟수가 적은 단계에서, 온도 조정판의 온도를 안정시키는 것이 가능해지고, 처리되는 기판 G의 매수에 의존하지 않는 프로세스를 실현할 수 있다.
한편, 비교예 1의 전열 조정판은 열전도율이 낮은 스테인리스제인 점에서, 표 1에 나타낸 바와 같이 면 내의 온도 차는 높지만, 열응답성은 실시예보다도 떨어지기 때문에, 전열 조정판의 온도가 안정될 때까지의 시간은 실시예보다도 길어진다. 또한, 도 5b에 도시하는 바와 같이, X1의 위치에서 플라스마가 ON 되고, X2의 위치에서 플라스마가 OFF 되고, 이러한 방전이 반복됨으로써 온도는 안정되어 가게 되지만, 비교예 1과 비교하여 실시예는 온도가 안정될 때까지의 방전 횟수가 적어도 된다.
이와 같이, 상기하는 온도 해석의 결과와 열 응답성에 관한 고찰의 쌍방을 감안하면, 실시예의 온도 조정판과 전열 조정판의 구성이 바람직하다고 결론지을 수 있다.
[에칭 레이트 및 선택비의 온도 의존성에 관한 실험]
이어서, 복수의 절연막의 에칭 레이트 및 선택비의 온도 의존성에 관한 실험에 대해서, 도 6 내지 도 10을 참조하여 설명한다. 여기서, 도 6은, 실험에서 적용한 기판 적재대의 평면도를 모의한 도이다.
(실험 개요)
본 실험에 있어서는, 적재대의 온도를 바꾸어, 각각의 영역에 있어서의 프로세스 성능에 대하여 평가하였다. 실험에서는, 내측 온도 조절 에어리어에 대응하는 중앙의 평면으로 보아 직사각형 에어리어를 중심점 O를 포함하는 센터 에어리어 CA라 하고, 외측 온도 조절 에어리어에 대응하는 외측의 평면으로 보아 직사각형 프레임형에어리어를 에지 E를 포함하는 에지 에어리어 EA라 한다. 또한, 센터 에어리어 CA와 에지 에어리어 EA의 중간 라인을 미들 에어리어 MA라 한다.
본 실험에 있어서, 기판 적재대가 수용되는 기판 처리 장치는 유도 결합형 플라스마 처리 장치이고, 챔버 내의 압력을 5mTorr 내지 15mTorr(0.665Pa 내지 1.995Pa)로 설정하고, ICP 소스 전력과 바이어스 전력을 모두 5kW 내지 15kW로 설정하였다. 그리고, 에칭 가스로서, F계 가스, 예를 들어 CHF3, CH2F2, CH3F, CF4, C4F8, C5F8 등으로부터 선택되는 가스와, 희석 가스, 예를 들어 He, Ar, Xe 등으로부터 선택되는 가스로 이루어지는 혼합 가스를 적용하여 플라스마 에칭 처리를 행하였다.
본 실험에서는, 기판 상에 SiN막이 성막되어 있는 시험체, 기판 상에 SiO막이 성막되어 있는 시험체, 기판 상에 게이트 전극용의 Si막(Poly-Si막)이 성막되어 있는 시험체에 대해서, 각각의 절연막이나 전극막의 에칭 레이트의 온도 의존성을 검증하였다. 또한, 기판 상에 Si막과 SiO막이 성막되어 있는 다층막에 있어서, SiO/Si 선택비(SiO막의 선택성)의 온도 의존성에 대해서도 검증하였다.
(실험 결과)
도 7은, SiN막의 에칭 레이트의 온도 의존성에 관한 실험 결과를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 8은, SiO막의 에칭 레이트의 온도 의존성에 관한 실험 결과를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 9는, Si막의 에칭 레이트의 온도 의존성에 관한 실험 결과를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 10은, SiO/Si 선택비의 온도 의존성에 관한 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
각 그래프 모두, 실선 그래프는 도 6에 도시되는 기판 적재대의 에지 에어리어에 있어서의 에칭 레이트 및 선택비의 온도 의존성에 관한 그래프이고, 점선 그래프는 도 6에 도시하는 센터 에어리어에 있어서의 에칭 레이트 및 선택비의 온도 의존성에 관한 그래프이다. 또한, 일점 쇄선은, 도 6에 도시하는 미들 에어리어에 있어서의 에칭 레이트 및 선택비의 온도 의존성에 관한 그래프이다.
도 7에 의해, SiN막은 온도 의존성을 갖는 것이 실증되고 있다. 에지 에어리어의 에칭 레이트에 대해서는, 저온과 고온 사이에 큰 에칭 레이트의 차가 없음을 알 수 있다. 한편, 센터 에어리어에 있어서의 에칭 레이트에 대해서는, 저온에서 에칭 레이트가 낮고, 고온에서 에칭 레이트가 높아지고, 에지 에어리어의 저온 시의 에칭 레이트와 동일 정도로 됨을 알 수 있다.
도 7에 나타내는 실험 결과로부터, SiN막의 에칭 처리에 대해서는, 기판 적재대의 에지 에어리어를 저온으로 온도 조절하고, 센터 에어리어를 고온으로 온도 조절하는 제어를 행함으로써, 기판 적재대의 전체 범위에 걸쳐서 가급적 균일하고 높은 에칭 레이트가 얻어지는 것이 실증되고 있다.
이어서, 도 8에 의해, SiO막은 온도 의존성이 없음이 실증되고 있다. 따라서, SiO막의 에칭 시에, 에어리어별의 온도 조절 제어는 반드시 필요하지는 않음을 알 수 있다.
이어서, 도 9에 의해, Si막은 온도 의존성을 갖는 것이 실증되고 있다. 에지 에어리어의 에칭 레이트에 대해서는, 저온과 고온 사이에 에칭 레이트에 어느 정도의 차가 있는 한편, 센터 에어리어에 있어서의 에칭 레이트에 대해서는, 저온과 고온 사이에 에지 에어리어 만큼의 에칭 레이트의 차가 없음을 알 수 있다.
도 9에 나타내는 실험 결과로부터, Si막의 에칭 처리에 대해서는, 기판 적재대의 에지 에어리어를 저온으로 온도 조절하고, 센터 에어리어를 고온으로 온도 조절하는 제어를 행함으로써, 기판 적재대의 전체 범위에 걸쳐서 가급적 균일한 에칭 레이트가 얻어지는 것이 실증되고 있다. 또한, 도 7 및 도 8과 도 9를 비교함으로써, Si막의 에칭 레이트는, SiN막이나 SiO막 등의 절연막의 에칭 레이트와 비교하여 낮은 것을 알 수 있다. 이것은, 도 10에 도시하는 SiO/Si 선택비가 높아지는 것에 연결된다.
도 10에 의해, SiO/Si 선택비는 온도 의존성을 갖는 것이 실증되고 있다. 에지 에어리어의 선택비에 대해서는, 저온에서 높고, 고온으로 감에 따라 급격하게 낮아지는 것을 알 수 있고, 도 7 및 도 9에 나타내는 단부 변 그래프와 역의 경향을 나타낸다. 한편, 센터 에어리어의 선택비에 대해서는, 저온에서 높고(에지 그래프보다도 높다), 고온으로 감에 따라 점차 낮아지지만, 에지 그래프의 저온 시의 선택비와 동일 정도로 되는 것을 알 수 있다.
도 10에 도시하는 실험 결과로부터, Si막 상에 성막되어 있는 SiO막의 에칭 처리에 대해서는, 기판 적재대의 에지 에어리어를 저온으로 온도 조절하고, 센터 에어리어를 고온으로 온도 조절함으로써, 기판 적재대의 전체 범위에 걸쳐서 가급적 균일하고 높은 SiO 선택성이 얻어지는 것이 실증되고 있다.
본 실험에 의해, SiN막의 에칭 처리, Si막의 에칭 처리의 어느 경우든, 기판 적재대의 에지 에어리어를 저온으로 온도 조절하고, 센터 에어리어를 고온으로 온도 조절하는 제어를 행함으로써, 기판의 전체 범위에 걸쳐서 가급적 균일한 에칭 처리를 행할 수 있다. 특히, SiN막의 경우, 기판의 전체 범위에 걸쳐서 가급적 균일한 에칭 처리를 행하는 것 외에, 높은 에칭 레이트가 얻어지게 된다. 또한, Si막 상에 성막되고 있는 SiO막의 에칭 처리에 대해서도, 기판 적재대의 에지 에어리어를 저온으로 온도 조절하고, 센터 에어리어를 고온으로 온도 조절하는 제어를 행함으로써, 기판의 전체 범위에 걸쳐서 가급적 균일하고 높은 SiO/Si 선택비가 얻어지게 된다.
또한, SiN막이나 SiO막 등의 절연막, Si막 등의 도전막의 종류에 의해, 에지 에어리어와 센터 에어리어 각각에 적합한 온도 조절 온도는 상이할 수 있는 점에서, 절연막종이나 도전막종에 따라, 각각에 적합한 온도 조절 온도로 에리어별 온도 조절 제어를 행하는 것이 바람직하다.
상기 실시 형태에 예를 든 구성 등에 대하여 기타의 구성 요소가 조합되거나 한 다른 실시 형태여도 되고, 또한, 본 개시는 여기에서 나타낸 구성에 전혀 한정되는 것은 아니다. 이 점에 대해서는, 본 개시의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 변경하는 것이 가능하고, 그 응용 형태에 따라서 적절하게 정할 수 있다.
예를 들어, 도시 예의 기판 처리 장치(100)는 유전체 창을 구비한 유도 결합형 플라스마 처리 장치로서 설명했지만, 유전체 창 대신에 금속 창을 구비한 유도 결합형 플라스마 처리 장치여도 되고, 다른 형태의 플라스마 처리 장치여도 된다. 구체적으로는, 전자 사이클로트론 공명 플라스마(Electron Cyclotron resonance Plasma; ECP)나 헬리콘파 여기 플라스마(Helicon Wave Plasma; HWP), 평행 평판 플라스마(Capacitively coupled Plasma; CCP)를 들 수 있다. 또한, 마이크로파 여기 표면파 플라스마(Surface Wave Plasma; SWP)를 들 수 있다. 이들 플라스마 처리 장치는, ICP를 포함하고, 모두 이온 플럭스와 이온 에너지를 독립적으로 제어할 수 있고, 에칭 형상이나 선택성을 자유롭게 제어할 수 있음과 함께, 1011 내지 1013cm-3 정도로 높은 전자 밀도가 얻어진다.
또한, 기판 처리 장치(100)는, 기판 G의 대향면에 고주파 안테나(15)에 접속된 고주파 전원(19)에 의한 고주파 전극을 갖고, 기판 적재대(60)에도 제1 플레이트(61)에 접속된 고주파 전원(73)에 의한 고주파 전극을 갖는 장치이지만, 어느 한쪽 고주파 전극만을 갖는 기판 처리 장치여도 된다.
또한, 기판 처리 장치(100)의 제1 플레이트(61)를 구성하는 각 온도 조절 에어리어가 온도 조절부로서 히터를 내장하고, 열 CVD법을 사용하여 성막 처리를 행하는 경우에는, 플라스마의 생성은 반드시 필요한 것은 아니다.
또한, 제1 플레이트(61)의 상면에 정전 척(67)이나, 직사각형 부재(68)의 상면에 포커스 링(69)을 구비하고 있지 않은 기판 적재대가 적용되어도 된다.

Claims (12)

  1. 처리 용기 내에서 플랫 패널 디스플레이(FPD)의 제조에 사용되는 기판을 처리할 때에, 상기 기판을 적재하여 온도 조절하는 기판 적재대이며,
    간극을 개재하여 복수의 온도 조절 에어리어로 에어리어 분할된 금속제 제1 플레이트와,
    상기 제1 플레이트에 접하며, 상기 제1 플레이트보다도 낮은 열전도율을 갖는 금속제 제2 플레이트를 갖고,
    각각의 상기 온도 조절 에어리어는, 고유의 온도 조절을 행하는 온도 조절부를 내장하고 있고,
    상기 기판을 적재하는 상면을 갖는 상기 제1 플레이트가, 상기 제2 플레이트의 상면에 적재되어 있고,
    상기 복수의 온도 조절 에어리어는, 상기 적재대의 측면에서 보아 상기 간극의 상하에 있어서 연속되어 있고,
    상기 제1 플레이트는 평면으로 보아 직사각형의 외형을 갖고, 코너부가 L자형 또는 역 L자형 간극에 의해 에어리어 분할되거나, 또는 단부 변의 중앙 위치가 U자형 또는 역U자형 간극에 의해 에어리어 분할되는 구성을 포함하고,
    상기 간극의 상부 및 하부의 제1 플레이트 부분은 동일한 비율로 열팽창하도록 동일한 부재로 연속되는, 기판 적재대.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 플레이트가 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되어 있고,
    상기 제2 플레이트가 스테인리스강으로 형성되어 있는, 기판 적재대.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 플레이트가 오스테나이트계 스테인리스강으로 형성되어 있는, 기판 적재대.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 어느 하나의 상기 온도 조절 에어리어에 전원이 전기적으로 접속되어 있는, 기판 적재대.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도 조절부는, 히터와, 온도 조절 매체가 유통하는 온도 조절 매체 유로 중 적어도 어느 한쪽을 갖는, 기판 적재대.
  6. 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 있어서 플랫 패널 디스플레이(FPD)의 제조에 사용되는 평면으로 보아 직사각형의 기판을 적재하여 온도 조절하는 기판 적재대와, 상기 기판 적재대의 온도 조절원을 갖는 기판 처리 장치이며,
    상기 기판 적재대는,
    간극을 개재하여 복수의 온도 조절 에어리어로 에어리어 분할된 금속제 제1 플레이트와,
    상기 제1 플레이트에 접하여, 상기 제1 플레이트보다도 낮은 열전도율을 갖는 금속제 제2 플레이트를 갖고,
    각각의 상기 온도 조절 에어리어는, 고유의 온도 조절을 행하는 온도 조절부를 내장하고 있고,
    상기 기판을 적재하는 상면을 갖는 상기 제1 플레이트가, 상기 제2 플레이트의 상면에 적재되어 있고,
    상기 복수의 온도 조절 에어리어는, 상기 적재대의 측면에서 보아 상기 간극의 상하에 있어서 연속되어 있고,
    상기 제1 플레이트는 평면으로 보아 직사각형의 외형을 갖고, 코너부가 L자형 또는 역 L자형 간극에 의해 에어리어 분할되거나, 또는 단부 변의 중앙 위치가 U자형 또는 역U자형 간극에 의해 에어리어 분할되는 구성을 포함하고,
    상기 간극의 상부 및 하부의 제1 플레이트 부분은 동일한 비율로 열팽창하도록 동일한 부재로 연속되는, 기판 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 플레이트가 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되어 있고,
    상기 제2 플레이트가 스테인리스강으로 형성되어 있는, 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 플레이트가 오스테나이트계 스테인리스강으로 형성되어 있는, 기판 처리 장치.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 어느 하나의 상기 온도 조절 에어리어에 전원이 전기적으로 접속되어 있는, 기판 처리 장치.
  10. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도 조절부는, 히터와, 온도 조절 매체가 유통하는 온도 조절 매체 유로 중 적어도 어느 한쪽을 갖고,
    상기 히터에 대응하는 상기 온도 조절원은 히터 전원이고, 상기 온도 조절 매체 유로에 대응하는 상기 온도 조절원은 칠러인, 기판 처리 장치.
  11. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판 처리 장치는 제어부를 더 갖고,
    상기 제어부는, 상기 온도 조절원에 대하여 각각의 상기 온도 조절 에어리어가 갖는 상기 온도 조절부가 고유의 온도에서 온도 조절을 행하는 처리를 실행시키는, 기판 처리 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 기판 적재대가 평면으로 보아 직사각형의 외형을 갖고,
    상기 온도 조절 에어리어가, 직사각형 프레임형 외측 온도 조절 에어리어와, 상기 외측 온도 조절 에어리어의 내측에 있어서 상기 간극을 개재하여 배치되는 평면으로 보아 직사각형의 내측 온도 조절 에어리어를 갖고,
    상기 외측 온도 조절 에어리어와 상기 내측 온도 조절 에어리어가 모두 온도 조절 매체 유로를 내장하고,
    상기 제어부는, 상기 온도 조절원에 대하여, 상기 외측 온도 조절 에어리어의 상기 온도 조절 매체 유로를 유통하는 온도 조절 매체보다도 상대적으로 고온의 온도 조절 매체를 상기 내측 온도 조절 에어리어의 상기 온도 조절 매체 유로에 유통시키는 제어를 실행하는, 기판 처리 장치.
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